Měsíce Sluneční soustavy jsou zajímavými objekty pro průzkum. Zejména měsíce jako Europa a Enceladus. Jejich podpovrchové oceány z nich činí primární cíle při hledání života.
Ale proč neposlat jednu kosmickou loď, aby navštívila několik měsíců? NASA se chystá spustit svůj Lucy mise která navštíví 8 samostatných asteroidů. Dalo by se totéž udělat pro misi na více měsíců?
Aby to kosmická loď dokázala, musela by si trochu zatančit s notoricky známým problémem tří těl, který dělá tvrdohlavého partnera. Nová studie představuje možný způsob, jak toho dosáhnout.
Mise jako Galileo a Cassini byly schopny shromáždit některá data o měsících Jupiteru a Saturnu. Ale prováděli vzdálené průlety; nikdy neobíhaly kolem měsíců. Posílat kosmickou loď, aby navštívila a obíhala různé měsíce kolem stejné planety, je složité kvůli všem přítomným gravitačním silám. Kosmická loď s neomezenou pohonnou hmotou by mohla použít hrubou sílu ke vstupu a výstupu na oběžnou dráhu. Ale takhle cestování vesmírem nefunguje. Vše je vypouštěno ze Země na raketách, s velkými náklady, a palivo musí být pečlivě spravováno.
Nová studie se zabývá metodou, jak přesunout kosmickou loď mezi oběžné dráhy Měsíce bez použití množství paliva, které by zničilo misi. Název příspěvku je „ Návrh přenosu mezi sousedstvími planetárních měsíců v kruhovém omezeném problému tří těles: Metoda analytického přenosu z Měsíce na Měsíc .“ Hlavním autorem článku je David Canales ze School of Aeronautics and Astronautics, Purdue University.
„Problém tří těles s omezeným kruhem“ je jedním z těch znepokojujících aspektů cestování vesmírem, které potřebují silnější řešení. V případě přesunu kosmické lodi mezi různými měsíci. planeta, měsíce a kosmická loď vytvářejí komplikovanou gravitační situaci, ve které je obtížné se orientovat. Zvláště když se měsíce pohybují různými rychlostmi a na různých orbitálních rovinách.
Pro lepší pochopení problému tří těles se podívejte na toto video.
Jejich řešení se nazývá metoda analytického přenosu z měsíce na měsíc (MMAT). MMAT je obecná metodika pro přenos kosmických lodí mezi měsíci „…v kontextu kruhově omezeného problému tří těles…“, píší autoři.
„Zjednodušený model umožňuje analytická omezení pro efektivní určení proveditelnosti přenosu mezi dvěma různými měsíci pohybujícími se v blízkosti společné planety. Zejména je dosaženo spojení mezi periodickými drahami takových dvou různých měsíců,“ píší. Ve svém příspěvku prezentují dvě případové studie: jednu pro systém Jovian a jednu pro systém Uran.
Autoři vysvětlují, že další výzkumníci přišli s řešením problému tří těles. Ale říkají, že tato řešení jsou z různých důvodů neuspokojivá. Některá řešení například předpokládají, že měsíce jsou na koplanárních drahách, což nemusí být pravda. Některá řešení vyžadují příliš mnoho paliva a omezují návrh mise. A některá modelovaná řešení neplatí, když jsou modelována ve vyšším rozlišení. Píší, že řešení musí být „...někdy upraveno případ od případu“.
Jejich metoda MMAT je účinnější. Popisují to jako „...alternativní obecnou metodologii pro návrh přenosu mezi měsíci použitelnou pro jakýkoli daný systém;“
Tento obrázek ze studie ilustruje problém kruhových rotujících tří těles (CR3BP). Ls jedna až pět jsou body rovnováhy. Image Credit: Canales et al 2021.
Specifická matematika za metodou MMAT přesahuje rozsah tohoto článku. Zainteresovaní čtenáři si mohou noviny sami prozkoumat. Pro nás ostatní to nejlépe vysvětluje závěr listu.
Ve svém závěru autoři došli k závěru, že přesuny z Měsíce na Měsíc jsou mimořádně složité manévry. 'Návrh trajektorie pro přesuny mezi různými měsíci pohybujícími se v blízkosti společné planety je rovnováhou mezi různými omezeními, prioritami a požadavky, aby bylo možné navrhnout trajektorii pro úspěšné mise.' Řešení spočívá v použití libračních bodů v systému. „Analýza podporuje přenosy mezi libračními body
obíhá poblíž různých měsíců,“ píší.
Tento obrázek ze studie ukazuje, jak lze MMAT použít k přenosu kosmické lodi na oběžné dráze kolem Ganymedu na oběžnou dráhu Evropy pomocí libračních bodů. Image Credit: Canales et al 2021.
Jednou ze silných stránek autorského systému MMAT je to, že nepředpokládá koplanární oběžné dráhy pro samostatné měsíce. Z tohoto důvodu MMAT poskytuje lepší řešení než předchozí metody. Píší, že „...metoda MMAT poskytuje fázování měsíců, které je v souladu se skutečnými oběžnámi drahami Měsíce, vzhledem k tomu, že měsíce se v určité epoše nacházejí ve svých skutečných orbitálních rovinách.“
Zdá se, že MMAT vytváří řešení pro návštěvu více měsíců, která nevyžadují stejně vysoké rychlosti a dlouhé doby cestování jako předchozí řešení. MMAT produkuje „...přenosy mezi Ljapunov obíhá poblíž Ganymedu a Europy, stejně jako přesuny mezi halo orbitami v okolí Titanie a Oberonu za použití jediného manévru.“
Závěrem uvedli, že „...metoda MMAT lokalizuje nákladově efektivní impulsní přenosy mezi klíčovými měsíci sluneční soustavy.“
Mise na ledové měsíce jsou v myslích lidí v NASA a ESA. ESA vyvíjí Průzkumník ledových měsíců Jupiteru (JUICE), která odstartuje v srpnu 2022 a na oběžnou dráhu kolem Ganymedu vstoupí v září 2032. A NASA vyvíjí Evropa Clipper mise, jejíž start je naplánován na říjen 2024. Europa Clipper nebude ani obíhat samotnou Evropu. Místo toho bude obíhat kolem Jupiteru a bude provádět průlety kolem měsíce Europa. (Stále to bude dobrá věda.)
Jak bude vypadat budoucí průzkum galileovských měsíců, pokud bude MMAT efektivní? Budou existovat složitější mise, které mohou navštívit dva měsíce nebo více?
Když se NASA rozhodne pro misi, vybere ji ze skupiny konkurenčních návrhů misí. Ty, které nebyly vybrány, jsou někdy zapomenuty a někdy se vrátí ve více vyvinuté podobě, aby znovu soutěžily. Například NASA nedávno oznámila dvě mise na Venuši, tzv DAVINCI+ a VERITAS . Ale jejich výběr znamenal, že další mise na Jupiterův měsíc Io prohrála. Ta mise se jmenuje I Volcano Observer (IVO.)
Ale pokud NASA a další vesmírné agentury dokážou použít MMAT k zvládnutí přenosu kosmických lodí mezi měsíci, bude to v budoucnu vypadat jinak. Mohla by být vyslána kosmická loď, aby prozkoumala několik Galileových měsíců. Možná by mise, jako jsou mise JUICE a IVO NASA, mohly být nějak zkombinovány a IVO by nebylo odsunuto.
MMAT neusnadní mnohoměsíční mise. Na každém kroku je složitost a chaos.
Ale to by je mohlo učinit proveditelnými.
Více:
- Studie: Návrh přenosu mezi sousedstvími planetárních měsíců v kruhově omezeném problému tří těles: analytická metoda přenosu z měsíce na měsíc
- Konverzace: Evropa: Na Jupiterově měsíci může být život a dvě nové mise připraví cestu k nalezení i t
- Vesmír dnes: Měsíce Rogue Planet mohly mít tekutou povrchovou vodu a hustou atmosféru. Mohly by být obyvatelné
